五大元素对铸件的影响

浅谈五大元素对铸件的影响摘要：本文主要阐述了碳、硅、锰、硫、磷五大元素在铸件及铸造过程中的影响及作用。关键词：碳、硅、锰、硫、磷；影响；作用铸铁的出现，方便了人类，从此我们就离不开了铸铁件，人们就把铸铁件用于制作各种制品，例如：小到螺丝钉、炊具、容器、农业机具等生活用品，大到汽车、飞机、轮船、大炮、坦克等建筑军事器械。铸铁的生产推动了人类社会文明的进步，随着科学技术和我国国民经济的发展，各行各业对铸铁件的质量提出了更高的要求，而铸铁件的铸造技术涉及了物理、化学、冶金、机械等多种学科，影响铸铁件质量的因素很多，因此正确地使用合理的铸造技术是提高铸铁件质量的保证，而影响铸铁件质量铸造过程的主要因素有：冷却速度、化学成分、温度、气体、炉料等，这就要求人们认真考虑这些因素对铸铁件的影响。本人结合几年来的工作经验，现以化学成分为例，浅谈五大元素对铸件的影响。影响铸件品质的常规元素主要有五种，分别是碳、硅、锰、硫、磷，以上元素我们叫做基本元素或俗称五大元素。它们是直接影响铸件物理性能的一个重要因素。其主要作用如下：一、碳元素是铸铁中最基本的成分。它不但是区分钢或铁的主要依据，含碳量大于1.7%是铁，低于1.7%的称为钢，而且，在铸造过程中，碳影响着铸件的力学性能。在铸造中适当的碳促进石墨化，减小白口倾向，即减少渗碳体、珠光体、三元磷共晶，增加铁素体，因而降低硬度改善加工性能；碳促进镁吸收率的提高；改善球化，以达到预期效果；碳能改善流动性，增加凝固时的体积膨胀；碳提高吸振性，减摩性，导热性。但碳含量过高引起石墨漂浮，恶化力学性能，过低又易产生缩孔松缩等缺陷。所以，对不同质量要求的铸件，合理选配碳含量一般是提高铸件质量的一种途径，例如：灰铁含碳量大多在2.6%-3.6%，球墨铸铁在3.5%-3.9%。碳对中锰球墨铸铁的力学性能影响不明显，一般碳量高于3.9%时易出现石墨漂浮，影响铸铁质量，碳低于3.0%时，不利于石墨化故一般控制碳量在3.0%-3.8%为宜。二、硅元素是铸件中的有益元素，它和碳元素一样，能促进石墨化，以孕育剂的方式添加的硅作用更明显。对于铸态球磨铸件，增加含硅量有双重作用，一方面它使渗碳体、珠光体、三元磷共晶减少，铁素体增加，因而降低强度和硬度，改善铸件塑性；另一方面硅固溶强化铁素体，使屈服点和硬度提高；硅改善铸造流动性，增大凝固时体积膨胀；硅能改善耐热、耐蚀性。增加硅量，特别是孕育硅量，能够显著的控制碳化物的数量，因此，硅是抑制中锰球墨铸铁白口倾向的强力元素。硅在一定范围内，有利于强度和韧性的提高，但使抗磨性能有所降低。故要取合适的量。一般情况下，灰铸件硅含量在1.2%-3.0%，球墨铸件中硅在2.0%-3.0%。三、锰是铸件重要元素之一，适量的锰，有助于生成纹理结构，增加坚固性和强度及耐磨性。锰和硫一样都是稳定的化合物，是阻碍石墨化的元素，当与硫共存时，锰与硫的亲和力较大，会结合成MnS等化合物，在适当温度时，不仅无阻碍石墨化作用，还能中和硫，起着除硫作用。锰达到一定量时，能使铸件强度高、硬度高、密度高、耐磨等优点，此时硅量也相应提高。锰易在共晶团边界产生偏析，铸态下易生成碳化物，增加锰量，会恶化力学性能。因此锰的含量一般应低。但是锰能稳定奥氏体，促使形成奥氏体基体时，可成为弱磁性球墨铸铁，具有良好抗磨性。锰固溶于奥氏体中，与铁形成置换式固溶体，并且，由于锰比铁对碳具有更强的亲和力，它组织碳从固溶体中扩散和析出，起到了稳定和扩大奥氏体区的作用。四、磷是有害元素，被作为杂质对待。磷往往是影响铸件力学性能，尤其使韧性和致密性降低，是造成铸件开裂的主要原因。因为磷在铸件中溶解度很低。如P0.05%时，固溶于铁，对球墨铸件力学性能没有明显的不良影响。在铸铁中磷是一个容易偏析的元素，当铸件中磷含量达到0.05%时，已有可能形成磷共晶，对大多数铸件来说，磷共晶会增加铸件脆性，严重恶化了力学性能。例如：在球墨铸铁中，磷量由0.04%-0.05%提高到0.2%，抗拉强度由800Mpa-850Mpa，降低到650Mpa-700Mpa，伸长率由3.5%-4%下降到1.5%-2.0%。因此磷应限制含量最好在0.04%以下。但是磷能提高硬度，改善耐磨性，在某些耐磨铸铁中，要加入磷，其目的是利用磷共晶的耐磨性。五、硫也是一种杂质，属有害元素。在铸造中，硫元素与Mn、Mg等其他元素亲和力强，产生稳定的碳化物，阻碍石墨化，消耗铁液中的球化元素，形成MgS、MnS等残渣，由于硫的消耗作用使有效的残留球化元素含量过低则降低球化，还促进形成夹渣，皮下气孔等缺陷。由于硫降低球化率，加快球化衰退以及形成夹渣等使力学性能下降或不稳定。硫元素应除去，应该含量低。在普通灰铁中，硫含量一般在0.02%-0.15%，在球墨铸铁中S≤0.02%，有时可视情况而定。由此可见，铸铁实际上是一种以碳、硅、锰、硫、磷等元素为基础十分复杂的化学过程。其中碳、硅是最基本的成分，锰含量一般较低时影响不大，硫、磷常被看做是杂质，因此常加以限制。其中每一个元素对铸铁的品质、凝固结晶、组织和性能均有一定的影响和作用。这就要求铸造者在铸造过程中应对五大元素进行合理配比，它是提高铸件质量的一条途径。